地面核磁共振（簡(jiǎn)稱 NMR）找水方法的形成與發(fā)展僅有幾十年的歷史， 到目前為止,擁有核磁共振找水儀的國家有俄羅斯、法國、中國和德國，我國有從事核磁共振找水技術(shù)研究的基礎(chǔ)和實(shí)力。

 

  地面核磁共振找水的原理及特點(diǎn)：核磁共振是一種量子效應(yīng),是指具有核子順磁性的物質(zhì)選擇性地吸收電磁能量。布洛赫方程是核磁共振的理論基礎(chǔ)。從理論上講,應(yīng)用NMR技術(shù)的唯一條件是所討論物質(zhì)的原子核具有非零磁矩,即在H2O和CH4等分子中電子磁矩成對(duì)相互抵消,電子的總磁矩為零,而在這些分子中只有原子核的磁矩。水中氫核(質(zhì)子)具有足夠大的磁矩,其核磁共振性質(zhì)明顯,在比較重要的16種物質(zhì)原子核的NMR效應(yīng)中,氫核的NMR效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用處于首位。在穩(wěn)定磁場(chǎng)作用下,原子核處于一定的能級(jí)。如果用適當(dāng)頻率的交變磁場(chǎng)激發(fā)它,可以使原子核在能級(jí)間產(chǎn)生共振躍遷,稱為核磁共振。

 

  在地面上用專用儀器設(shè)備拾取核磁共振信號(hào),就可以探測(cè)到是否有地下水存在。因?yàn)楹舜殴舱裥盘?hào)的初始振幅與所研究空間內(nèi)自由水中質(zhì)子的數(shù)量(含水量)呈正比,即在該方法探測(cè)深度范圍內(nèi),在信噪比適宜的情況下,地層中有自由水存在,就有核磁共振信號(hào)響應(yīng),地層中含水愈多,核磁共振響應(yīng)愈強(qiáng)。這樣,就構(gòu)成了有水就有反映,無水則無反映的直接找水新方法。

 

  與其它物探找水方法相比,核磁共振找水方法主要具有如下優(yōu)點(diǎn)。一是能夠直接找水,特別是找淡水,這是由方法原理決定的。在探測(cè)深度范圍內(nèi),有水就有核磁共振信號(hào)顯示,反之,沒有反映?？梢岳眠@一優(yōu)點(diǎn)來識(shí)別間接找水的電阻率法找水時(shí)遇到的非水低阻異常。如一些巖溶發(fā)育區(qū),特別是西南巖溶石山缺水地區(qū),當(dāng)溶洞被泥質(zhì)充填或含水時(shí),電阻率法測(cè)量結(jié)果均顯示為低阻異常,是泥是水難以區(qū)分。核磁共振方法不受泥質(zhì)充填物干擾,是水就有核磁共振信號(hào)。淡水電阻率往往與其賦存空間介質(zhì)的電阻率無明顯差異,在這種情況下用電阻率法找水是無能為力的,而核磁共振方法卻可直接探測(cè)出淡水。二是信息量豐富,具有量化的特點(diǎn)。核磁共振方法可將核磁共振信號(hào)解釋為某些水文參數(shù)和含水層的幾何參數(shù)。在探測(cè)深度范圍內(nèi),可以給出定量解釋結(jié)果,不打鉆就可以確定出含水層的深度、厚度、含水量,并可提供含水層平均孔隙度的信息。三是經(jīng)濟(jì)、快速。完成一個(gè)核磁共振測(cè)深點(diǎn)的費(fèi)用僅為一個(gè)水文地質(zhì)勘探鉆孔費(fèi)用的十分之一,可以快速地提供井位及劃定找水遠(yuǎn)景區(qū)。

 

  地面核磁共振找水的應(yīng)用實(shí)例，地面核磁共振找水方法在花崗巖地區(qū)的應(yīng)用。實(shí)測(cè)工區(qū)位于河北省花崗巖發(fā)育的康保地區(qū),早期的物探和鉆孔揭露的數(shù)據(jù)表明,在風(fēng)化花崗巖中夾有裂隙較發(fā)育的花崗巖碎石或膠結(jié)半膠結(jié)的砂礫石,構(gòu)成層間含水層,地下水一般具有承壓性,富水性差異較大,淺部電性不均勻。在電測(cè)深曲線上風(fēng)化的花崗巖含水層與不含水的低阻層表現(xiàn)為同一電性層。并且出現(xiàn)低阻層屏蔽掩蓋高阻層的現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)第四系覆蓋層視電阻率一般在20~30Ω·m; 深部風(fēng)化花崗巖的視電阻率在40~90Ω·m,裂隙發(fā)育,在電阻率測(cè)深曲線上反映為高阻異常。

 

  工區(qū)地磁場(chǎng)強(qiáng)度為55 300nT,傾角為59·8°,激發(fā)頻率f0=2 368~2 369Hz。進(jìn)行NMR測(cè)深時(shí),使用75m×75m的大方天線,勘探可達(dá)100m左右,在100m深度內(nèi)可做定量解釋,提供含水層的深度、厚度、含水量和平均孔隙度的信息,100 ~130m深度內(nèi)可定性預(yù)示是否有含水層存在。大部分測(cè)深點(diǎn)采用16個(gè)脈沖矩,個(gè)別測(cè)深點(diǎn)使用20、15個(gè)脈沖矩,大部分測(cè)點(diǎn)的脈沖矩最大值為7 700~8 300A·ms,個(gè)別點(diǎn)因地表電阻率過低,使qmax=5 854A·ms。在實(shí)測(cè)的5個(gè)NMR測(cè)點(diǎn)中,NMR信號(hào)初始振幅E0值范圍是:4個(gè)NMR測(cè)點(diǎn)的E0>10nV,在17~164nV之間變化,僅1個(gè)點(diǎn)的E0變化范圍是9~100nV。即80%的測(cè)點(diǎn)的NMR信號(hào)E0值均大于NUMIS系統(tǒng)的閾值,這樣,實(shí)測(cè)的結(jié)果是可靠的。

 

  通過對(duì)各測(cè)點(diǎn)的NMR信號(hào)解釋及反演，得到以下結(jié)果：